PLC Curs Automatizari_ro

Controlere logice programabile

Universitatea “Stefan cel Mare” Suceava 2009

Inginer Tiron Mihai-Cristian

1|GNU Free Documentation Licence

Cuprins PLC (Programable (Programable Logic Logic Controller Controllers) s) …………………… ……………………………… ………………3 ……3 1.1 Introducere………………………… Introducere…………………………………………………… ………………………………………3 ……………3 1.2 Programarea propriu zisă......................... zisă....................................... ........................... ........................... ..............44 1.3 Conexiuni PLC…………………………………………………… PLC……………………………………………………………..5 ………..5 1.4 Intrările logice în LD………………………… LD…………………………………………………… ……………………………7 …7 1.5 Ieşirile logice în LD…………………………………………………… LD………………………………………………………..8 …..8 2 Harwar Harwaree PLC…… PLC…………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… …………… …………9 ……9 2.1 Introducere…………………… Introducere………………………………………………… ………………………………………………..9 …………………..9 2.2 Intrări şi Ieşiri……………………………………………… Ieşiri…………………………………………………………………..10 …………………..10 2.3 Intrări……………………………………………… Intrări………………………………………………………………………… …………………………….12 ….12 2.4 Ieşiri…………………………………………… Ieşiri………………………………………………………………………… ………………………………..14 …..14 2.5 Relee………… ……………………………………………………………….15 2.6 Studiu de ………………………………………………………… ……………………………………………………………………..15 …………..15 3 Senzor Senzori…… i…………… ……………… …………… …………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… …………21 …21 3.1 Introducere………………………… Introducere…………………………………………………… ……………………………………….21 …………….21 3.2 Conectarea Conecta rea Senzorilor……………………………………………… Senzorilor……………………………………………… ..…..22 3.2.1 Întrerupătoarele…………………………… Întrerupătoarele……………………………………………………. ……………………….… … ..22 3.2.2 TTL………………………………………………… TTL…………………………………………………………………………23 ………………………23 3.2.3 Sinking (NPN……………………………… (NPN………………………………………………………… …………………………….24 ….24 3.2.4 Sinking(PNP)……………………… Sinking(PNP)………………………………………………… ……………………………………26 …………26 4 PLC Operation ……………………………………………………………………..30 ……………………………………………………………………..30 4.1 Secventa de operare…………………………………………………….33 operare…………………………………………………….33 1


1.PLC 1.1 Intoducere

Automatica s-a dezvoltat în decursul a mai multor decenii. În trecut oamenii au fost unealta principalã pentru controlarea unui sIstem automat. Mai mult în ultimul ultimul timp electricitatea a fost folositã pentru control şi primele controale electrice s-au sprijinit pe relee. relee. Aceste Aceste rele releee permit permiteau eau pute puterei reiii să fie fie conect conectatã atã direct direct fãrã fãrã un un comuta comutator tor mecanic. Este normal să foloseşti relee pentru a face deciziile de control simple. Dezvoltarea de calculatoare ieftne a avut ca rezultat apariţia automatelor programabile Programmab Programmable le Logic Controller Controller(( PLC). Apariţia PLC-urilor a început în 1970 a devenit alegerea cea mai des întâlnită pentru pentru conducerea proceselor. Diagrama logică este una din metodele principale de programare a PLC-urilor. Selectând logica de scarã (LD) ca metodă de programare, efortul de a reinstrui inginerii in programarea automatelor industriale a fost mult redusa. Sistemele de control moderne încã includ releele, dar acestea sunt rareori folosite pentru logicã. Un releu este un dispozitiv simplu care foloseşte un câmp magnetic pentru a controla un comutator, cum este prezentat şi în figura următoare


Fig.1 Releul şi contactele sale Când o tensiune este aplicată aplicată la intrarea releului, releului, curentul curentul rezultat rezultat creeazã creeazã un câmp magnetic. Câmpul magnetic trage un comutator de metal spre un contact fix fix şi în acest mod se realizează realizează un contact electri electric. c. Contactul Contactul care se închide la energizarea energizarea bobinei se numeşte contact deschis, iar celălalt care se închide la deenergizarea bobinei se numeşte normal închis. Releul este des folosit pentru izolarea surselor de comandă. Când noi luãm în consideraţie PLC-ul acolo vom avea 2 intrãri una normal deschis una normal închis şi o ieşire ieşire logică. logică. Logica Logica de scarã (LD) în PLC este este de fapt un program program de calculator calculator cu care utilizatorul poate schimba după dorinţă modul de lucru al automatului programabil. Staril Starilee intrăr intrărilo ilorr pot fi toate normal normal deschis deschisee dar în program program acestea acestea apar ca unul deschis şi unul închis, adică pot fi programate în acest mod. PLC-ul permite acest lucru. El va trata în logica internă intrarile exact aşa cum au fost ele definite de către operator. Acest lucru este valabil şi pentru ieşiri. Deasemenea în PLC ieşirile pot fi tratate ca intrări şi ieşiri în mod simultan, acest lucru putând fi făcut şi cu o logică de relee dar mult mai costisitor. 1.2 Programarea propriu zisă

Primele PLC-uri au fost programate cu o tehnică ce era bazată pe scheme cu logic logicăă tip tip rele releu. u. Aceas Aceasta ta este este progr program amar area ea tip tip LD (lad (ladde derr logic logic), ), pent pentru ru a pute puteaa interpreta uşor aceasta schema ne putem imagina că alimentarea este pe partea stângă iar cea din dreapta este nul sau potenţial 0.


Fig.2 Exemplu de programare în LD (Moeller Easy Soft) În exemplul de mai sus dacă d acă I1 este activ reprezentând intrarea I1 a automatului prog progra rama mabi bil,l, prog progra ramat mat ca fiin fiindd intr intrar aree acti activă vă când când vom vom avea avea pote potenţ nţia iall la born bornaa acesteia, şi markerul (o variabilă internă a automatului) M11 va fi inactivă (logică invers inversă) ă) atunci atunci ieşire ieşireaa counte counterul rului ui rapid rapid CH1 va număra număra impuls impulsuri urile le primit primitee de la intrarea I1. Unele automate programabile sunt limitate din punct de vedere al utilizarii numărului de intrări pentru o linie de program , astfel în exemplul de mai sus se pot folosi 4 intrări şi o ieşire. Dacă Dacă intr intrăr ărililee sunt sunt acti active ve în confi configur guraţ aţia ia corec corectă tă acest acestaa va avea avea rezu rezultltat at acţionarea unei ieşiri, adică potenţialul din partea stângă va ajunge în partea dreaptă. O intrare poate fi un senzor, un switch, un senzor analogic, o altă ieşire de la un alt automat, un contact al unui releu, etc. Ieşirile vor putea fi intrări pentru alte automate, bobine de releu, motoare, becuri, led-uri, etc. Exista şi alte metode de programare a PLC-urilor. Una din metodele mai timpurii au impl implic icat at inst instru rucţ cţiu iuni ni mnemo mnemoni nice. ce. Acest Acestee inst instru rucţ cţiu iuni ni pot pot fi deri deriva vate te dire direct ct din din prog progra ramu mull LD LD,e ,exi xist stând ând câtev câtevaa inst instru rucţ cţiun iunii spec specififice ice LD LD(în (încă cărc rcar aree în memo memori rie) e),, LDN(î LDN(încăr ncărecar ecarea ea valori valoriii negate negate în memori memorie), e), AND ( sumă logică logică), ), OR(sau OR(sau logic) logic),, ST(memorare),STN(memorarea valorii negative), END(end), ADD(adunare),SUB(scădere), JMP(salt la), CAL(apelare funcţie), etc. 5|GNU Free Documentation Licence

Programarea text structurat este alt mod de programare al automatelor programabile. IF value < 7 THEN WHILE value < 9 DO value:=value+1; END_WHILE; END_IF;

În acest exemplu simplu s implu variabila “value” este comparată cu o constantă şi este incrementată în bucla While până când va fi mai mare decît această constantă. 1.3 Conexiuni PLC

Când un proces este controlat de PLC foloseşte intrările sale să ia decizii legate de acţionarea ieşirilor, acestea fiind scanate tot timpul ciclic. Numai cu ajutorul intrărilor PLC-ul poate detecta o nouă stare fiind complet dependent de acestea.

Proces tehnologic

Raspuns de la senzori

Conexiune la acţionări PLC

Fig.3 Descrierea funcţionării PLC PLC citeşte încontinuu datele de la intrare şi actualizează datele de la ieşirea sa. Astfel prin acţionarea ieşirilor procesul va fi modificat m odificat şi astfel şi senzorii vor indica noi stări, deci noi configuraţii de ieşire. Acest lucru nu se petrece instantaneu, intrările sunt scanate pe rând de sus în jos şi de de la stânga la dreapta. dreapta. Prim Primul ul lucr lucruu care care este este anali analizat zat la porn pornir irea ea auto automa matu tulu luii prog progra rama mabi bil,l, este este veri verififica care reaa inte intern rnaa a intr intrăr ărililor or şi a ieşi ieşiri rilo lorr pent pentru ru a se asig asigur uraa func funcţiţion onar area ea 6|GNU Free Documentation Licence

echpamentului. Unele automate automate programabile au intrări şi ieşiri dedicate pentru astfel de verificări. Dacă automatul programabil trece de această verificare atunci el poate începe scanarea intrărilor şi calcularea ieşirilor, după un ciclu de scanare va trece din nou la verificarea funcţionării corecte după care va continua continua cu scanarea intrărilor. intrărilor. Valorile intrărilor sunt apoi stocate în memoria automatului şi acum se poate începe rezolvarea structurii logice a programului din automat, luându-se în calcu valorile intr intrăr ărililor or memo memora rate te în auto automa matt şi nu cele cele cure curent nte. e. Du După pă rezo rezolv lvar area ea stru struct ctur uriiii prog progra ramu mulu luii vor vor fi scana scanate te şi ieşi ieşiri rile le în acest acest mome moment nt ieşi ieşiri rile le autom automat atul ului ui fiin fiindd modificate.Acest lucru este făcut pentru a preveni problemele ce ar putea interveni cu schimbarea intrărilor în timpul timpul scanarii programului. Apoi se face din nou o verificare a funcţionării automatului din punct de vedere al funcţionării hardware. Timpul de scanare este de ordinul zecilor de milisecunde.(20 ms-1000 ms)

Programul schimba ieşirile prin examinarea intrărilor Introdu noile ieşiri

Automat pornit

Citirea intrărilor Procesul se schimbă iar PLC-ul verifica schimbarile din system Fig.4 Scanarea intrărilor şi ieşirilor în PLC 1.4 Intrarile logice in Ladder Logic

Reprezentarea intrărilor în ladder logic se poate face în în mai multe moduri ca în figura următoare:


Fig.5 Reprezentarea intrărilor şi ieşirilor în LD Intrările sunt reprezentate prin două linii paralele ca I01(intrare digitală 1 contact NO) sau M01 (intare temporară contact NO).Tot în acest exemplu putem remarca şi o intare negată reprezentată prin aceleaşi 2 linii paralele cu o diagonală între ele M08 reprezentând un contact normal închis. M01 apare în acest exemplu şi ca ieşire digitală, în cazul nostru fiind legătura între linia 1 din program şi linia linia 3.

1.5 Ieşirile logice în ladder logic

Reprezentarea ieşirilor în ladder logic se poate observa în exemplul de mai sus Fig. Fig. 5 putând putând fi observa observate te atît ieşirile ieşirile automat automatulu uluii progra programabi mabill Q04 şi memori memoriaa temporară M04 sau M02. Ieşirilor cât şi intrărilor le pot fi atribuite diferite funcţii pentru a le defini comportamentul acestora în cadrul programului. Astfel ele pot fi acţionate pe front crescator, descrescator, cu funcţie set-reset, negaţie, n egaţie, impuls. 8|GNU Free Documentation Licence

2 Hardware PLC 2.1 Introducere

În acest capitol vor fi descrise următoarele: -

Configuraţii hardware PLC

-

Tipuri de intrări şi ieşiri

-

Conexiuni electrice pentru intrări şi ieşiri

-

Relee

-

Diagrame tip Ladder Logic

Există posibilităţi multiple pentru o configuraţie hardware PLC, chiar şi de la un singur producător. producător. Dar pentru pentru fiecare fiecare configuraţi configuraţiee există există componente componente comune şi multe concepte comune. Componentele esenţiale ale unei configuraţii hardware sunt: - Sursa de alimentare poate fi inclusă în automatul programabil sau poate fi de sine stătătoare. Nivelele uzuale în configuraţiile cu automate programabile sunt : 24Vcc, 120 Vac, 220Vac; - CPU (Unitatea Centrala de Procesare) reprezentând de obicei o unitate de calcul unde diagrama tip ladder logic sau programul este stocat şi procesat; - Intrări-I Intrări-Ieşiri eşiri un număr de de terminale terminale intrări-ieş intrări-ieşiri iri pentru pentru ca procesul procesul să să poată iniţia iniţia acţiuni şi pentru a le putea duce la bun sfârşit; - Indicatori Indicatori care indică indică starea curentă curentă a PLC-ului ca starea starea pornit-oprit pornit-oprit,, program în execuţie, eroare, baterie epuizată. Configuraţia unui PLC se referă întotdeauna la echipamentele ce formeaza configuraţia completă a automatului programabil(sursa, automat, extensii). în unele modele mai mai vechi rack-ul rack-ul susţine susţine cardurile cardurile de extensii, prima reprezentând tot timpul automatul programabil. Placile de bază pot fi conectate una după alta ca intr-o reţea fiind insă limitate hardware. Acest tip de dispunere este costisitor ca preţ însă este uşor de depanat şi întreţinut! Placa de bază(Rack)

Mini sunt similare ca configuraţii cu plăcile de bază dar sunt la jumătate ca mărime.


Configuraţi Configuraţiaa compactă este limitată limitată din punct de vedere tehnologic tehnologic dar este benefică benefică acolo unde este critic spaţiul. Micro

sunt configuraţii limitate din cauza numărului fix de intrări ieşiri dar cu costuri mici.

este un plc pe bază de soft ce are o interfaţă pentru intrări-ieşiri ceea ce permite PLC-ului să fie conectat la senzori sau la celelelte PLC-uri prin reţea.

Software

Mini

micro

Rack

Fig.6 Configuraţii tipice de PLC

2.2 Intrări şi Ieşiri

Intrările şi ieşirile trebuiesc monitorizate şi controlate pentru a putea conduce un proces tehnologic. Intr Intrăr ărililee cât şi ieşi ieşiri rile le pot pot fi cate categor goris isititee în două două părţ părţii dist distin inct cte: e: logi logice ce şi continue(analogic). De exemplu un releu poate doar fi acţionat şi neacţionat deci va fi o intrare intrare sau ieşire ieşire logică. Dacă lumina lumina va avea niveluri niveluri diferite atunci înseamnă înseamnă că este analogică. Intrările sau ieşirile analogice sunt preferate pentru că sunt mult mai intuitive dar cele logice sunt acceptate deoarece oferă o siguranţă mai mare , oferă o stare certă sigură, simplificând controlul procesului. Ca rezultat PLC-urile folosesc cel mai frecvent intrări-ieşiri logice în configuraţiile sale. În acest capitol vom aborda intrările logice iar pe cele analogice le vom discuta în capitolul următor. Ieşirile conectate la dispozitive cum ar fi contactoarele sau alte acţionări de acest gen vor afecta procesul condus . O listă de posibilă de dispozitive ce pot fi conectate la ieşirea automatelor programabile sunt: -

Valve cu bobină acţionate precum releele ce pot închide sau deschide un debit pneumatic sau hidraulic; 10 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

-

Lumini pot fi conectate direct la ieşirea ieşirea automatului automatului programabil programabil dacă tensiunea tensiunea furnizată la ieşirea acestora este suficientă pentru a le aprinde;

-

Contactoare Contactoare pentru pentru pornirea motoarelor motoarelor deoarece deoarece motoarele motoarele absorb o catitate considerabilă de energie trebuie pornite în acest mod.

-

Servo motoarele pot fi pornite cu ajutorul unor ieşiri analogice permiţând pornirea lor în trepte;

Ieşiri Ieşirile le automate automatelor lor sunt de obicei obicei protejat protejatee cu ajutorul ajutorul releelor releelor dar pot fi şi ele echipate la rândul lor cu relee interne sau tranzistoare de putere. Intrările logice vin de obicei de la senzori care convertesc fenomenele fizice în semnale electrice. Exemple de astfel de senzori sunt enumerate mai jos: -

Senzori Senzori de proximitate proximitate folosesc folosesc inductanţa, inductanţa, capacitanţa capacitanţa sau lumina pentru pentru a o transforma în semnale electrice;

-

Întrerupătoare mecanisme mecanice care vor închide sau deschide d eschide calea pentru un semnal logic;

-

Potenţiometru măsoară poziţia unghiulară folosind rezistenţa;

-

LVDT(linear variable differential transformer) măsoară deplasarea liniară folosind cuplajul magnetic;

Intrările în automat vin în cîteva variante simple întâi diferenţiate de alimentare ac sau dc şi npn sau pnp. Tipurile pnp sau npn indică că senzorul doar închide sau deschide calea către intrarea la care este conectat.

-NPN când este activ permite curentului să curgă către masă. -PNP când este -PNP este activ activ acest acestaa va permit permitee curentu curentului lui să să curgă curgă de la sursă sursă prin prin dispozitivul dispozitivul de ieşire ieşire către masă. Această Această metodă este cel mai bine folosită folosită atunci când toate dispozitivele fosesc o singură sursă de alimnetare.

11 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

2.3 Intrări

În PLC-urile mici intrările sunt de obicei incluse în automat . Pentru cele mari acestea sunt achiziţionat achiziţionatee ca module module separate separate sub formă de carduri de 8 sau 16 inrări inrări de acelaşi tip pe aceeaşi cartelă. Mai jos sunt enumerate valorile între care pot fi categorisite inrările logice: -

12-24Vcc

-

100-120 Vac 12 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

-

10-60Vcc

-

12-24Vcc-ac

-

5Vdc

-

200-240Vac

-

48Vdc

-

24Vac

Intrările PLC-urilor în mod general nu alimentează dispozitivele care vor fi folosite ca intrări ale acestora, în acest caz vom avea nevoie de o sursă separată de alimentare a acestora.

Fig.7 Alimentarea intrărilor în PLC Intrările au în general o impedanţă foare mare de intrare deci vor folosi un curent foarte mic . În exemplul de mai sus Fig. 7 există două intrări unul fiin buton de apăsare iar celălalt fiind un senzor de temperatură. Simbolurile prezentate mai sus sunt standard şi vor fi discutate într-un capitol următor.Ambele inrări sunt alimentate de la firul cald al surs sursei ei de alim alimen enta tare re care care este este ca un plus plus la o surs sursăă de alim alimen enta tare re în cure curent nt 13 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

continuu.Când ambele întrerupătoare sunt deschise nu trece curent prin nici unul din ele deci tensiunea nu ajunge la intrările PLC-ului. Dacă unul din aceste întrerupătoare se închide atunci tensiunea va ajunge la automat şi dacă tesiunea se află între anumite limite acceptate de configuraţia internă a automatului atunci lumina corespondentă intrării respective se va aprinde. Notaţiile în diagrama ladder logic au fost făcute pentru un automat Allan Bradley şi reprezintă faptul că intrarea se alfă în rack-ul 1 slotul 3. Masa automatului se va conecta la masa sursei de alimentare aceeaşi care furnizează potenţialul pentru intrările sale şi în nici un caz nu se va conecta împreună cu masa de împământare. Dacă vom mai avea încă o intrare pentru o altă intrare care are nevoie de o tensiune diferită pentru intrările auto utoatu atului atunci nci vom conec necta masele surs urselo elor cu comun omunuul auto utomatului programabil.Cardurile de intrări au linie de comun separată deci pot fi conectate la surse diferite, iar pentru a le conecta la aceeasi sursă va trebui să conectăm punctele de comnu între ele. Intrările DC sunt de obicei alimentate cu tensiuni între 12-24V deci sunt mai sigure. Intrările DC sunt mai rapide . Intrările DC pot alimenta o diversitate de echipamente electrice. Intrările AC sunt imune la zgomotul electric, şi se pretează mai mult aplicaţiilor la distanţă. Alimentarea AC este de obicei mai ieftină ieftină la alimentarea echipamentelor.


Fig.8 Izolarea intrărilor în PLC (cc şi ac)

2.4 Module de ieşire

Ca şi intrările , ieşirile automatelor nu alimentează dispozitivele de ieşire direct aşa că precauţii vor trebui luate la alimentarea acestora şi la sarcina la care sunt supuse. -120Vac -24Vdc -12-48Vac -12-48Vdc -5Vdc -230Vac Aceste card-uri au de obicei 8 sau 16 ieşiri de acelaşi fel cu diferite tensiuni de aliment alimentare are.. O aleger alegeree destul destul de înţele înţeleapt aptăă este este aleger alegerea ea modulelor modulelor cu ieşire ieşire pe tranzistoare. Releele sunt însă şi mai flexibile putând comuta atât tensiuni de alimentare dc şi ac dar au o viteză ma scăzută sunt mai robuste şi costă mai mult şi se vor uza 15 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

după câteva milioane de cicluri. Ieşirile tip releu vor fi adesea numite contacte uscate. Tranzistoarele sunt limitate la ieşiri dc iar triacele sunt limitate la ieşiri ac.

Fig.9 Izolarea ieşirilor în PLC (tranzistor, triac şi releu)

Precauţii suplimentare trebuiesc luate atunci când folosim ieşiri ac şi dc doarece dacă am conectat alimentarea ac la un tranzistor acesta va funcţiona cu o tensiune diminiată, iar dacă am conectat o tensiune dc la un triac acesta va fucţiona chiar şi după ce s-a înlăturat tensiunea de alimentare a ieşirii respective. O problemă deosebită cu ieşirile sunt sursele de alimentare. Se obişnuieşte să se izoleze sursele de alimentare la fel ca şi punctele lor de masă.


Fig.10 Card de ieşire alimentat cu 24 Vcc.Exemplu de conectare cu două surse de a limentare separate În exemplul de mai sus avem două surse de alimentare una care alimentează PLC-ul şi ieşirile sale iar una care alimentează un dispozitiv care este comandat de acest PLC. Separarea lor este practic realizată cu ajutorul unui releu.


Fig.11 Card de ieşire ieşire alimentat cu 24 Vcc.Exemplu de conectare cu o sursă de alimentare În exemplul de mai sus însă este folosită aceeaşi aceeaş i sursă de alimentare de 24Vcc. În acest exemplu este folosită un card cu ieşiri alimentate alimentate la 24 Vcc. În exemplul următor însă vom folosi alt tip de card, unul alimentat la 120 Vcc-ac. În acest caz fiecare intrare a fost alimentată separat pentru comanda co manda diferită a releului şi a becului însă toate sursele de alimentare au de această dată un punct comun.

Fig.12 Card de ieşire alimentat cu 124 Vcc-ca. Exemplu deconectare cu două surse de alimentare separate


2.5 Relee

Cu toate că sunt folosite rar pentru controlul logic releeele sunt încă folosite deoarece pot comuta sarcini mari. Astfel următoarele dispozitive pot fi tratate ca relee: -

Contactoare relee speciale pentru comutarea unor sarcini foarte mari;

-

Motor Starter este un contactor special care este specific pornirii motoarelor;

-

Arc Suppression când un contactor este acţionat sau deacţionat apare un arc care poate duce la distrugerea pastilelor de contact . La releele ac acest lucru poate fi evitat atunci când tensiunea trece prin 0.La releele care comută o sarcină AC acest lucru poate fi minimizat prin suflarea cu gaz presurizat spe contacte pentru a împiedica formarea arcului.

-

Bobinele AC dacă un releu normal este acţionat cu ajutorul tensiunii ac lamelele releului vor vibra la frecvenţa tensiunii de alimentare.

Un lucru important în alegerea releelor pentru ieşirile automatului programabil sunt tensiunea de alimentare şi curentul maxim suportat de acestea. Deasemenea dacă sarcina releelor este inductivă se vor lua măsuri suplimentare de protecţie a contactelor releelor. 2.6 Studiu de caz

O presă presă electr electrică ică foloseş foloseşte te 24Vcc 24Vcc pentru pentru a acţion acţionaa o electr electrova ovalvă lvă pentru pentru a împinge şi a retrage un piston hidraulic. Electrovalva are un comun şi doi pini de comandă, alimentarea unui pin va duce la deschiderea electrovalvei într-un sens de avans iar celălalt va deschide calea pentru retragere. retragere.

Fig.13 Conexiunile unei prese hidraulice. (Studiu de caz) 19 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

Card-urile de intrare şi ieşire sunt ambele la 24Vcc şi vor fi alimentate de la aceeaşi sursă. Fig.14 Schema electrică pentru aplicaţia de mai sus


3 Senzori 3.1 Introducere

Obiectiv: - Să înţele înţelegeţ geţii tipuri tipurile le diferi diferite te de rezult rezultate ate ale ale dispozi dispozitiv tivului ului semnalelor.

pentru pentru gener generare areaa

- Să ştiţi tipurile tipurile dispozitiv dispozitivelor elor pentru pentru generarea generarea semnalel semnalelor or de bazã bazã şi înţeleger înţelegerea ea rezultatelor de aplicaţie. - Dispozitive pentru generarea semnalelor electric; comutatoare, TTL, sursã; - Detect Detectare areaa de vecinãt vecinãtate ate (aprop (apropier iere); e); senzori senzori cu contac contact, t, senzori senzori optici optici,, senzor senzorii ultrasonici ;

Dispozi Dispozitiv tivele ele pentru pentru generar generarea ea semnal semnalelo elorr permit permit PLC-ul PLC-ului ui detect detectare areaa stări stăriii unui proces. Dispozitivele pentru generarea semnalelor logice pot numai sã detecteze un stat status us care care este este ori ori adev adevãr ãrat at sau fals. fals. Exem Exempl plee de feno fenome mene nele le fizi fizice ce care care sunt sunt caracteristic detectate sunt listate mai jos. - Senzor inductiv - este un obiect de metal prin apropiere? - Senzor capacitiv - este un obiect dielectric prin apropiere? - Prezenţã Prezenţã opticã – este este întrerupt întrerupt un fascicul fascicul de luminã luminã de un obiect sau sau acest obiect obiect reflectă o sursă de luminã ? - Contact mecanic - este un obiect un comutator al unui întrerupător?

În ultimul timp, preţul pentru dispozitivele pentru generarea semnalelor a scãzut şi a devinit devinit un echipament echipament de întâlnit în echipamentel echipamentelee electrocanice. electrocanice. Ei sunt disponibil disponibil în multe formulare de la vânzãtorii multipli ca de exemplu Allan-Bradley, Omron, Wenglor şi Turk. În dispozitivele pentru generarea semnalelor de aplicaţie sunt interşanjabile între vânzãtorii PLC, dar dispozitivul pentru generarea semnalelor fiecare va avea cerinţele de interfaţã specifice.


Acest Acest capitol capitol va începe va examin examinare areaa tehnic tehnicilo ilorr divers diversee electr electrice ice pentru pentru dispozitivele pentru generarea semnalelor, şi vor concluziona cu o examinare a mai multor tipuri de dispozitive pentru generarea semnalelor logice.

3.2 Conectarea senzorilor

Când un dispozitiv dispozitiv pentru generarea semnalelor semnalelor detecteazã o schimbare schimbare logicã el trebuie sã semnalizeze această transformare în PLC. Generatorul de semnal poate semnala schimbarea semnalului prin generarea unei tensiuni de alimentare sau a unui curent , ambele mărimi trebuind să se situeze între valori standardizate pentru ca PLCul să poată lua decizii corecte. Obiectiv: - Să înţelege înţelegeţiţi tipuri tipurile le diferi diferite te de rezulta rezultatel telee ale dispozi dispozitiv tivulu uluii semnalelor.

pentru pentru gener generare areaa

- Să ştiţi ştiţi tipurile tipurile de dispoziti dispozitive ve pentru generare generareaa semnalelor semnalelor de bazã bazã şi să înţelegeţi înţelegeţi rezultatele de aplicaţie. - Dispozitive pentru generarea semnalelor electrice; Comutatoare, TTL, sursã, NPN - Detect Detectare areaa de vecinãt vecinãtate ate (aprop (apropier iere); e); senzori senzori induct inductivi ivi,, senzor senzorii capacit capacitivi ivi,, senzori senzori optici, senzori ultrasonici; Senzorii pot fi : NPN, PNP, Relee, senzori analogici (în tensiune sau curent), senzori care furnizează semnale TTL.

3.2.1 Întrerupătoarele

Exempl Exemplul ul cel cel mai simplu simplu ale ale rezul rezultat tatelo elorr dispoz dispoziti itivul vului ui pentru pentru gener generare areaa semnalelor semnalelor sunt comutatoarele comutatoarele şi releele. releele. Un exemplu exemplu simplu este prezentat prezentat în figura următoare :


Fig.15 Intrări logice în PLC În figur figurãã un comuta comutator tor de conta contact ct NO este este o intrare intrare conect conectatã atã la la 01. 01. Un dispozitiv pentru generarea semnalelor cu un rezultat de releu este de asemenea prezentat conectat şi el la intrarea 06. Dispozitivul pentru generarea semnalelor trebuie sã fie alimentat separat, de aceea V+ şi capetele de linie V- sunt conectatã la sursa de alimentare. Dispozitivului pentru generarea semnalelor rezultat va deveni activ când un fenomen a fost detectat. Acest înseamnã comutatorul intern ( probabil un releu) va fi închis a permis curent pentru a se scurge şi ş i voltajul pozitiv va fi va cere de d e la de intrare 06. 3.2.2 Tranzistorul Tranzistorul Transistor Logic Logic ( TTL)

TranzistorTranzistor-tranz tranzistor istorul ul Logic (TTL) se bazează bazează pe douã douã nivele de voltaj, voltaj, 0V pentru false şi 5V pentru adevãrat. Voltajele pot de fapt sã fie puţin mari decât 0V, sau sau sã fie mai mic decât 5V sã fie detectate în mod corect. Aceastã metodã este foarte uşor influenţată de zgomotul electric, şi ar trebui numai sã se întrebuinţeze când este necesarã. Ieşirile TTL sunt comune dispozitivelor electronice şi calculatoarelor, şi vor fi necesare uneori. Când vor fi conectate la alte circuite de dispozitiv simple pentru a îmbunãtãţi semnalul, ca de exemplu trrigerul Schmitt în exemplul următor:


Fig.16 Schmitt Trigger.

Un trigger Schmitt va primi un voltaj de intrare între 0-5V şi îl va transforma la 0V sau 5V. Dacã voltajul este într-un domeniu ambiguu, între 1. 5 - 3.5 3.5 el va fi va ignorat. Dacã un dispozitiv pentru generarea semnalelor are un rezultat TTL PLC are nevoie sã folosea foloseascã scã un card card de intrar intraree TTL pentru pentru valori valorile le citite citite.. Dacã Dacã dispozi dispozitiv tivul ul pentru pentru generarea semnalelor TTL este folosit pentru alte aplicaţii el ar trebui trebui sã fie menţionat menţionat că acel rezultat curentul maxim este 20mA.

3.2.3 Sourcing-Sinking

Senzorii sinking (NPN) (NPN) pentru generarea semnalelor permit curentului să curgă de la dispozitivul pentru pentru generarea semnalelor la punctul comun, în timp ce Senzor Senzoriiii sour sourcin cingg (PNP) (PNP) permit permit curent curentulu uluii a se scurge scurge de la o sursã sursã pozit pozitivã ivã la dispozitivului pentru generarea semnalelor. Pentru ambele metode aceste important este curentul care trece prin ele şi nu voltajul. Folosind Folosind fluxul de curent, în loc de voltaj, zgomotele electrice sunt mult reduse. Când discutăm despre sinking sinking şi sourcing noi facem referire referire la ieşirea senzorului care se comportă ca un comutator (cu o anumită pirdere de tensiune). De fapt ieşirea dispozitivului pentru generarea semnalelor rezultat este normal un tranzistor, care va acţiona ca un comutator un tranzistor tranzistor PNP pentru sourcing (ieşire) şi un tranzistor NPN pentru sinking (intrare). Pentru a declanşa trecerea curentului prin intrarea la care este conectat senzorul respectiv acesta va trebui să conducă sau să permită trecerea curent curentulu uluii spre punctul punctul de masă masă sau de la sursa sursa de alimena alimenatar tare. e. În figura figura 17 este indicat cum senzorul detectează un fenomen fizic şi şi sarcina sa care este o intrare dintr-un card plc va fi străbătută de un curent minim permis prin tranzistorul NPN. De obicei aceşti senzori vor avea algoritmi interni de corecţiei a tensiunii de basculare deci nu vor avea praguri intermediare ci doar închis sau deschis. 24 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

Fig.17 Senzorul tip Sinking (NPN)

3.2.4 PNP Sourcing Sensor

Senzorii PNP sau sourcing au un comportament complementar senzorilor NPN. Astfel sarcina lor adică o intrare în cardul de intrări ale PLC va fi străbătută de un curent minim permis prin tranzistorul PNP atunci când senzorul este activat. În figura 18 se poate observa că senzorul cât timp nu detectează un fenomen fizic în preajma sa va avea linia activă la V+ iar tranzistorul va fi închis, odată cu apariţia unui fenomen fizic tranzistorul se va închide şi va permite trecerea curentului prin intrarea intrarea plc-ului. plc-ului. Majoritat Majoritatea ea senzorilor senzorilor PNP-NPN suportă suportă curenţi de până la ordinul amperilor şi pot comuta sarcinile direct. Un astfel de exemplu este indicat în figura 20 unde senzorii sunt folosiţi pentru comutarea unor surse de lumină.


Fig. 18 Senzorul tip Sourcing (PNP) Exemplul poate reprezenta un senzor de mişcare montat în holurile întunecoase.

Fig.20 Controlul direct direct folosind folosind NPN PNP

Când notăm punctele de alimenare trebuie să luăm în considerare că există două tipuri de notaţii, pe de o parte poate fi V+ şi punctul de masă notat cu common (comun) , şi V+ şi V- caz în care presupuneţi că punctual comun este V-. În exemplul sinking sursa de lumină este conectată cu un capăt la punctul de alimentare V+ iar cu celălalt este conectat la ieşirea senzorului NPN. Când senzorul este activ va permite curentului să treacă prin sursa de lumină şi apoi prin tranzistorul 26 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

NPN către V-. În exemplul sourcing curnetul va trece în primul rând prin senzor apoi prn sursa de lumină şi apoi va ajunge la potenţialul V- când senzorul este activ. În acest

punc punctt este este evid eviden entt că ieşi ieşire reaa unui unui astf astfel el de senz senzor or va fi folo folosi sită tă pent pentru ru alimentarea unei intrări a unui card PLC, chiar dacă nu este indicat sensul curentului care va trece prin acesta. Există două posibilităţi de a conecta senzorii la intrările PLC-urilor. Prima se referă la carduri obişnuite de conectare adică cele cu comun şi intrări le la potenţialul la V+ şi senzorii PNP. A doua opţiune este să achiziţionăm carduri construite special pentru senzori NPN şi PNP.

Fig. 21 Comportamentul intern al cardului PLC la alimentarea senzorului NPN

În exemplul de mai sus linia întreruptă reprezintă calea urmată de curentul electric atunci când senzorul este activ. Acest tip de card nu este unul folosit în mod general ci este unul folosit atunci când se folosesc senzori tip NPN. Un exemplu de card folosit în mod general este cel prezentat în figura următoare:


Fig. 22 Comportamentul intern al cardului PLC la alimentarea senzorului PNP În exemplul de mai sus curentul trece prin senzor apoi prin optocuplor şi apoi ajunge la potenţialul negativ. Conectarea cu ajutorul firelor este un amănunt important în proiectarea PLCurilor, senzorii cu 3 fire fire fiind înlocuiţi cu senzorii cu 2 fire. Exemplul următor reprezintă modul de conectare al acestor senzori la intrările cardului PLC.


Fig. 23 Senzori cu 2 fire

În acest mod acest tip de senzori pot fi conectaţi şi ca ieşire sinking sau intrare sour sourci cing ng.. Însă Însă acest acest lucr lucruu neces necesitităă ca intr intrar area ea auto automa matu tulu luii să perm permitităă trece trecere reaa curentului numit şi curent residual dar de asemenea să poată determina atunci când senzorul este activ compararea curentului ce străbate intrarea cu o valoare stabilită. Achiziţionarea acestor senzori şi a cardurilor de intrarere este un aspect foarte important în proiectare. Pentru evitarea confuziilor trebuie căutate punctele de comun, dacă dacă ele ele sunt sunt pent pentru ru pote potenţ nţia iall pozi pozititivv sau sau comu comun. n. Un Uniiii prod producă ucăto tori ri vor vor perm permititee conectarea senzorilor tip PNP şi NPN în cadrul aceluiaşi card. 29 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

Reprezentarea senzorilor în diagramele electrice se face ca în figura următoare:

Fig. 24 Simbolurile senzorilor NPN şi PNP Se obser observă vă că sunt sunt folo folosi site te culo culori ri pent pentru ru term termin inal alel elee senzo senzori rilo lorr pent pentru ru uşur uşurar area ea conectării lor: maro pentru potenţialul pozitiv, albastru pentru cel negative, alb pentru ieşirea sinking şi negru pentru intrarea sourcing.


4 PLC Operation

În figura de mai jos este prezentată structura unui sistem de calcul de tip desktop desktop.. Sensul Sensul sageti sagetilor lor este este foarte foarte import important ant deoare deoarece ce indica indica comuni comunicaţ caţia ia între între echipamentele sistemului.

Fig.25 Structura simplificata simplificata a unui calculator personal Vom transpune aceasta structura în cea a unui automat programabil asa cum este prezentat şi în figura următoare:

Fig.26 O structura PLC orientată pe intrări – ieşiri 31 | G N U F r e e D o c u m e n t a t i o n L i c e n c e

În acest fel putem face următoarele analogii: •

•

•

•

•

•

Tast Tastat atur uraa sau sau mous mousee-ul ul poat poatee fi comp compar arat atăă asem asemen enea ea unui unui senz senzor or de proximitate CipCip-ul ul de intr intrar aree poat poatee fi cons consid ider erat at tot tot asam asambl blul ul form format at din din disp dispoz ozititiv ivee electronice, electronice, suportul suportul fizic pe care operează tastatura tastatura şi elementele elementele auxiliare auxiliare ale calculatoru calculatorului lui pe care le putem compara cu cardurile cardurile de intrare intrare cu alimentare alimentare la 24V Partea de procesare 686 poate fi asemănată cu unitatea centrală a automatului programabil Circuitele de ieşire care include placa video poate fi comparată cu un modul de ieşire cu tranzistor Pentru ieşire putem compara monitorul cu o sursa de lumina de indicaţie sau control Stocarea informaţiilor se face similar în ambele cazuri

Folosind aşa zisele plăci de achiziţie se pot folosi calculatoare personale pentru a controla procesle industriale însă nu este recomandat deoarece acestea nu vor putea face faţă condiţiilor de lucru ale mediilor industriale pentru care aceste automate programabile au fost special concepute.


4.1 Secvenţa de operare

Toate automatele programabile au 4 faze de scanare care se derulează de mai multe ori în interval de o secundă, numit şi ciclu de scanare. În primă fază acesta îşi va testa propriile intrări şi ieşiri pentru a detecta eventualele erori de funcţionare. După această scanare urmează copierea tuturor intrărilor în memoria plc-ului proces numit şi scanare scanareaa intrăr intrărilo ilor. r. După copier copierea ea intrăr intrărilo ilorr în memori memoriee plc-ul plc-ul trece trece la rezolv rezolvare areaa diagra diagramei mei logice logice aflată aflată în acesta, acesta, acest acest proces proces numind numindu-s u-see scanare scanare logică logică.. După După această scanare rezultatul este şi el deasemenea salvat tot în memorie şi abia când ciclul de scanare este terminat ieşirile vor primi valorile corespondente din memoria automatului programabil.

Fig. 27 Ciclul de scanare Self test – Se verifică dacă toate cardurile sunt funcţionale, se resetează timerele

de tip urmărire- verificare (acestea pot genera erori pentru a nu periclita buna funcţionare a programului în cazul unei erori interne); Input scan – Citeşte valorile intrărilor de la senzori şi butoane şi copie valorile

acestor în memoria automatului, acest lucru face ca automatul programabil să funcţi funcţione oneze ze rapid rapid şi se evită evită schimbar schimbarea ea valori valorilor lor intrăr intrărilo ilorr pe timpul timpul scanări scanăriii programului ; Scanare Scanare logică logică – Bazat pe diagrama logică sau programul aflat în memoria

automatului programabil plc-ul va lua decizii şi va salva rezultatele în memoria sa până la sfărşitul ciclului curent de scanare; Scanarea Scanarea ieşirilor ieşirilor – Plc-ul citeşte din memoria sa şi atribuie valorile respective

ieşilor sale;


Scanarea logică a programului În figura de mai jos putem vedea cum cu m funcţionează scanarea logică în interiorul unui plc. Acestea sunt analizate de sus în jos şi de la stânga la dreapta. În figura de mai jos prima linie scanată va avea ca rezultat ieşirea cu numărul trei apoi cea cu numărul 4 aflată imediat sub ea şi aşa şi pentru celelalte linii de program. Scanarea devine mai complicată atunci când vom folosi valorile unor ieşiri ca intrări în program.

Fig. 28 Desfăşurarea scanării logice în plc

Fig.29 Greşeală în programarea plc-ului


În exemplul de mai sus la scanarea primei linii de program vom avea ca rezultat ieşirea X care va fi memorată în memoria automatului până la sfârşitul ciclului de scanare, apoi este executată a doua linie de program care afectează aceeaşi ieşire şi ca rezultat adresa din memorie corespondentă ieşirii este modificată din nou din, rezultatul final fiind inregistrat ca fiind cel al ultimei linii sacanate, în cazul nostru prima linie fiind ineficientă. Stările automatului programabil Lipsa capacităţii de control extern a automatului programabil este un factor foarte important pentru un plc. Ceea de ce dispune plc-ul însă este es te un set de indicatori folosit în urmărire şi eventual depanarea programului. Principalele Principalele indicaţii ale plc-ului sunt PORNIT, ACTIV, AVARIE AVARIE şi sunt de obicei singurele singurele indicaţii pe lângă cele cele ale intrărilor şi ale ieşirilor.


PLC Curs Automatizari_ro

Recommend Documents